基本放大电路

1 4 2 基本放大电路基本放大电路 利用三极管的电流放大作用组成放大电路 所谓放大电路是指能完成这样一种功 能 的电路 即输入为一个微弱的 小的 电信号 而输出端可得到一个被放大了很多倍 大的 波形与输入信号一样的电信号的电路 放大电路是电路中最基本 用得最多 最丰富的单元电路 它在自动控制 自动检测 各种电子仪器 广播 电视 通信 家用电器等方面都有广泛的应用 声音通过话筒转换成随声音强弱变化的电压和电流 称为电信号 由话筒输出的 电信号是很微弱的 把这些电信号送入扩音机的输入端 经过电压放大和功率放大后 从扩音机输出端输出较强的电信号 最后通过扬声器转换成比原来响亮得多的声音 图 4 2 1 扩音机方框图 能把微弱的电信号放大 转换成较强电信号的电路称为放大电路 简称放大器 放 大器必须对电信号有功率放大作用 根据放大电路连接方式的不同 可分为共发射极 共集电极和共基极等放大电路 其中共发射极放大电路应用最广 4 2 1 共发射极放大电路的组成 1 晶体管 V 放大元件 用基极电流 iB控制集电极电流 iC 2 电源 UCC和 UBB 使晶体管的发射结正偏 集电结反偏 晶体管处在放大状态 同时也是放大电路的能量来源 提供电流 iB和 iC UCC一般在几伏到十几伏之间 3 偏置电阻 RB 用来调节基极偏置电流 IB 使晶体管有一个合适的工作点 加 RB 大电阻 信号才能输入 因为 UBB是电压源 内阻 RS 0 若不加 RB RB 0 i U 则输入信号将被 UBB短路 不可能加到管子的发射结上 即信号无法输入 一般为 i U 几十千欧到几百千欧 4 集电极负载电阻 RC 将集电极电流 iC的变化转换为电压的变化 以获得电压 放大 一般为几千欧 电压 放大 器 功率 放大 器 2 5 电容 Cl C2 用来传递交流信号 起到耦合的作用 同时 又使放大电路和信 号源及负载间直流相隔离 起隔直作用 为了减小传递信号的电压损失 Cl C2应选 得足够大 一般为几微法至几十微法 通常采用电解电容器 图 4 2 2 a 双电源共发射极放大电路 图 4 2 2 b 用单电源共发射极放大电路 用 UCC UBB两个电源对放大电路供电很不方便 实际中一般不予采用 因此可 用 UCC代替 UBB 由于一般 UCC UBB 但只要适当调节 RB的大小 仍可保证发射结正 偏 维持基极电流 IB不变 图 4 2 2 b 所示电路即为用单电源 UCC供电的共发射极放 大电路 电路图中 符号 表示接地 符号 表示接机壳或接底板 常称 接地 必须指出 它并不真正接到大地的地电位 而表示电路的参考零电位 它只是电路中 各点电压的公共端点 这样 电路中各点的电位 实际上就是该点与公共端点之间的 电压 即电位差 4 2 2 放大电路的静态分析 1 直流通路 静态是指无交流信号输入时 电路中的电流 电压都不变的状态 静态时三极管各 极电流和电压值称为静态工作点 Q 主要指 IBQ ICQ和 UCEQ 静态分析主要是确定放 大电路中的静态值 IBQ ICQ和 UCEQ 在放大电路中 通常存在着电抗元件 例如图 4 2 2 b 中的 C1和 C2 因此 电路 的直流通路和交流通路往往是不同的 直流通路是放大电路中直流通过的途径 而交 流通路则是交流通过的路径 由于电容器具有隔离直流的作用 所以画直流通路时 电容 C1 C2相当于开路 于是对于图 4 2 2 b 它的直流通路如图 4 2 3 所示 2 静态工作情况的分析和估算法 放大电路在没有输入信号时 ui 0 为静态 由于静态时电路中的电流和电压都 3 是直流量 所以分析时只需要画出直流通路 估算法 4 2 1 式中 UBEQ 0 7V 硅管 可忽略不计 4 2 2 4 2 3 注意 上述求静态工作点的方法是假设晶体管工作在放大区的 如果按此方法求 出的 UCEQ太小 接近零或负值时 原因可能是 RB太小 说明集电结失去正常的反向 电压偏置 晶体管接近饱和区或已进入饱和区 这时 将逐渐减小或根本无放大作用 不再成立 只能是 BQCQ II CCCCQ RUI 0 CEQ U 3 图解法 图解法是以器件的特性曲线为基础 用作图的方法在器件的特性曲线上分析放大 器的工作情况 图解法能直观地反映放大器的工作原理 图解步骤 1 用估算法求出基极电流 IBQ 如 40 A 2 根据 IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线 3 作直流负载线 根据集电极电流 IC与集 射间电压 UCE的关系式 UCE UCC ICRC 可画出一条直线 该直线在纵轴上的截距为 UCC RC 在横轴上的截 距为 UCC 其斜率为 1 RC 只与集电极负载电阻 RC有关 称为直流负载线 4 求静态工作点 Q 并确定 UCEQ ICQ的值 晶体管的 ICQ和 UCEQ既要满足 IB 40 A的输出特性曲线 又要满足直流负载线 因而晶体管必然工作在它们的交点 Q 该点就是静态工作点 由静态工作点 Q 便可在坐标上查得静态值 ICQ和 UCEQ 图 4 2 3 直流通路 图 4 2 4 用图解法求放大电路的静态工作点 B CC B BEQCC BQ R U R UU I BQCQ II CCQCCCEQ RIUU IB 0 0 UCE V 20 A 40 A 60 A 80 A IC mA Q ICQ UCEQ UCC RC UCC RC UCC V RB UCEQ UBEQ ICQ IBQ 4 例 4 2 1 在图 4 2 5 a 所示的共发射极放大电路中 已知 UCC 12V RB 300K RC 3K 50 晶体管的输出特性如图 4 2 5 b 所示 试 分别用估算法和图解法求该放大电路的静态值 a 电路 b 输出特性曲线 图 4 2 5 例 4 2 1 的图 解 1 用估算法求静态值 即 2 用图解法求静态值 在图 4 2 5 中根据 作直流 4 3 12 mA R U C CC VUCC12 负载线 与的特性曲线相交得静态工作点 Q 根据 Q 查坐标得 AIB 40 mAICQ2 VUCEQ6 4 2 3 放大电路的动态分析 动态是指有交流信号输入时 电路中的电流 电压随输入信号作相应变化的状态 由于动态时放大电路是在直流电源 UCC和交流输入信号 ui共同作用下工作 电路中的 电压 uCE 电流 iB和 iC均包含直流和交流两 个分量 交流通路 ui单独作用下的电路 由于电容 C1 C2足够大 容抗近似为零 相当于短路 直流电源 UCC去掉 短接 1 图解法 图 4 2 6 共发射极放大电路的交流通路 图解法是利用晶体管的特性曲线 通过作图的方法分析动态工作情况 图解法可 Rs RB us ui RL uo V RC ib ic AmA R U R UU I CC 40 300 12 BB BEQCC BQ 204 0 50 BQCQ mAII 63212 CCQCCCEQ VRIUU 5 以直观地看出信号传递过程 各个电压 电流在输入信号作用下的变化情况和放大 i u 电路的工作范围等 设输入信号图解分析步骤如下 sin tUu imi 1 根据静态分析方法 求出静态工作点 Q 和 BQ I CQ I CEQ U 2 根据 ui在输入特性上求 uBE和 iB 为正弦量时 为 i u BE u sin tUUuUu imBEiBEBE 其波形如图 4 2 7 a 中的曲线 所示 在作用下 工作点 Q 在输入特性曲线的 BE u 线性段和之间移动 基极电流为 Q Q B i sin tIIiIi bmBbBB 其波形如图 4 2 7 a 中的曲线 所示 3 作交流负载线 在图 4 2 2 b 放大电路的输出端接有负载电阻时 直流负载线的斜率仍为 L R C R 1 与负载电阻无关 但在作用下的交流通路中 负载电阻与并联 见图 4 2 6 L R i u L R C R 由交流负载电阻决定的负载线称为交流负载线 由于在时晶体管必 LCL RRR 0 i u 定工作在静态工作点 Q 又因为 因此交流负载线是一条通过静态工作点 Q CL RR 斜率为且比直流负载线更陡一些的直线 如图 4 2 7 b 所示 L R 1 4 由输出特性曲线和交流负载线求 iC和 uCE 在的作用下 工作点 Q 随的变 B i B i 化在交流负载线和之间移动 集电极电流和集 射间电压为 Q Q C i CE u sin tIIiIi cmCcCC sin tUUuUu cemCEceCECE 其波形如图 4 2 7 b 中曲线 所示 0 a 输入回路 b 输出回路 uCE iC Q ICQ UCC uBE iB 0 uBE t iB t 0 iC t 0 t Q Q Q Q Q IBQ UBEQ uCE UCEQ 直流负载线 交流负载线 00 6 图 4 2 7 用图解法分析放大电路的动态工作情况 从图解分析过程 可得出如下几个重要结论 1 放大器中的各个量 uBE iB iC和 uCE都由直流分量和交流分量两部分组成 2 由于 C2的隔直作用 uCE中的直流分量 UCEQ被隔开 放大器的输出电压 uo等 于 uCE中的交流分量 uce 且与输入电压 ui反相 即 sin sin 00 tUtUuu mcemce 3 放大器的电压放大倍数可由 uo与 ui的幅值之比或有效值之比求出 其值为 iim m u U U U U A 00 负载电阻 RL越小 交流负载电阻 RL 也越小 交流负载线就越陡 使 Uom 减小 电压放大倍数下降 4 静态工作点 Q 设置得不合适 会对放大电路的性能造成影响 若 Q 点偏高 当 ib按正弦规律变化时 Q 进入饱和区 造成 ic 和 uce的波形与 ib 或 ui 的波形不 一致 输出电压 uo 即 uce 的负半周出现平顶畸变 称为饱和失真 若 Q 点偏低 则 Q 进入截止区 输出电压 uo的正半周出现平顶畸变 称为截止失真 饱和失真和截止 失真统称为非线性失真 将静态工作点 Q 设置到放大区的中部 不但可以避免非线性失真 而且可以增大 输出动态范围 另外 限制输入信号的大小 也是避免非线性失真的一个途径 i u 图 4 2 8 静态工作点对放大电路性能的影响 2 微变等效电路法 1 基本思路 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路 就是放大电路的微 a 饱和失真 0 uCE iC Q ICQ iC t 0 t Q Q uCE UCEQ 0 b 截止失真 0 uCE iC Q ICQ iC t 0 t Q Q UCEQ 0 uCE 7 变等效电路 然后用线性电路的分析方法来分析 这种方法称为微变等效电路分析法 等效的条件是晶体管在小信号 微变量 情况下工作 这样就能在静态工作点附近的 小范围内 用直线段近似地代替晶体管的特性曲线 2 晶体管微变等效电路 输入特性曲线在 Q 点附近的微小范围内可以认为是线性的 当 uBE有一微小变化 UBE时 基极电流变化 I B 两者的比值称为三极管的动态输入电阻 用 rbe表示 即 式中 发射极电流静态值 EQ I 动态输入电阻 在几百欧到几千欧 be r 集电极和发射极之间的电流 电压关系由三极管的输出特性曲线决定 输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线 集电极电流的微小变化 IC仅与基 极电流的微小变化 IB有关 而与电压 uCE无关 故集电极和发射极之间可等效为一 个受 ib控制的电流源 即 a 从输入特性曲线求 b 从输出特性曲线求 be r 图 4 2 9 从三极管的特性曲线求和 be r 据此可画出晶体管的微变等效电路 如图 4 2 10 所示 UBE IB 0 IB UBE Q b be B BE be i u I U r mA mV 26 1 300 EQ be I r bc ii ube uce ic ib C B E rbe uce icib CB E ube ib a 三极管 b 三极管的微变等效电路 8 图 4 2 10 三极管的微变等效电路 3 放大电路的微变等效电路 将图 4 2 6 所示交流通路中的晶体管 V 用其微变等效电路代替 便可得到放大电 路的微变等效电路 如图 4 2 11 所示 图 4 2 11 共发射极放大电路的微变等效电路 设为正弦量 则电路中所有的电流 电压均可用相量表示 i u 电压放大倍数 放大电路的输出电压与输入电压的比值称为放大电路的电 0 U i U 压放大倍数 又称为电压增益 用表示 即 u A i u U U A 0 由图 4 2 11 可得共发射极基本放大电路的电压放大倍数为 式中称为放大电路的交流负载电阻 负号表明输出电压与输入电 LCL RRR 0 U 压反相 若放大电路的输出端开路 未接负载电阻 RL 则电压放大倍数为 i U 由于 所以接入后电压放大倍数下降了 可见放大电路的负载电阻 CL RR L R 越小 电压放大倍数就越低 L R 输入电阻 放大电路对信号源而言 相当于一个电阻 称为输入电阻 用表 i r 示 等于放大输入电压与输入电流之比 即 i r i U i I 由图 4 2 11 可得共发射极基本放大电路的输入电阻为 输入电阻 ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流 输入电流 的大小 为了 减轻信号源的负担 总希望 ri越大越好 另外 较大的输入电阻 也可以降低信号源 be L bbe bL bbe cLo r R Ir IR Ir IR U U A i u be C r R Au i i i I U r rbe o U c I b I CB E i U b I RCRL RB Rs s U i I beB r R I U r i i i 9 内阻 RS的影响 使放大电路获得较高的输入电压 在上式中由于 RB比 rbe大得多 ri 近似等于 rbe 在几百欧到几千欧 一般认为是较低的 并不理想 输出电阻 ro的计算方法是 信号源短路 断开负载 RL 在输出端加电压 s U U 求出由产生的电流 则输出电阻 ro为 U I 对图 4 2 11 所示电路 输出电阻 ro可用图 4 2 12 计算 图 4 2 12 计算输出电阻的等效电路 由于 则 得 0 s U 0 b I 0 b I 对于负载而言 放大器的输出电阻 ro越小 负载电阻 RL的变化对输出电压的影响 就越小 表明放大器带负载能力越强 因此总希望 ro越小越好 上式中 ro在几千欧到 几十千欧 一般认为是较大的 也不理想 例 4 2 2 在图 4 2 13 所示共发射极放大电路中 已知 k V12 CC U300 B R k k k 试求 3 C R3 L R3 s R50 1 RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数 u A 2 输入电阻 ri和输出电阻 ro 3 输出端开路时的源电压放大倍数 s us U U A o 解 先求静态工作点 如图 4 2 3 A R U R UU I 40mA 300 12 B CC B BEQCC BQ 图 4 2 13 例 4 2 2 的图mA204 0 50 BQCQ II V63212 CCQCCCEQ RIUU 再求三极管的动态输入电阻 k I r963 0963 mA 2 mV 26 501 300 mA mV 26 1 300 EQ be rbe U c I b I CB E b I RC RB Rs I L s R U I U r 0 o Rs us ui RL uo UCC RC C1 C2 V RB Co R I U r 10 1 RL接入时的电压放大倍数为 u A 78 963 0 33 33 50 be L r R Au RL断开时的电压放大倍数为 u A 156 963 0 350 be C r R Au 2 输入电阻 ri为 96 0 963 0 300 beB krRri 输出电阻 ro为 kRr3 Co 3 输出端开路时的源电压放大倍数为 us A 39 156 13 1 oo u is i is i s us A rR r U U U U U U A 4 2 4 静态工作点的稳定 1 温度对静态工作点的影响 温度升高 UBE减小 ICBO IC均增大 1 温度变化时对 ICEQ的影响 温度上升 反向饱和电流 ICBO增加 穿 透电流 ICEO 1 ICBO也增加 反映在输 出特性曲线上是使其上移 iC增加 温度 每增加 10 反向饱和电流 ICBO约增加一 图 4 2 14 温度对静态工作点的影响 倍 如图 4 2 14 2 温度变化对 UBE的影响 温度上升 发射结电压 UBE下降 UBE的温度系数为 2 2 5mv 在外加电压和 电阻不变的情况下 使基极电流 iB上升 iC增加 反映在输出特性曲线上是使其上移 3 温度变化对 的影响 温度上升 使三极管的电流放大倍数 增大 使特性曲线间距增大 iC增加 温 度每增加 1 相应增加 0 5 2 综上所述 当温度增加时 晶体管的 ICEO UBE 参数都将改变 最终结果使 Q 点上 11 移 造成电路的不稳定 在实用的放大电路中必须稳定静态工作点 以保证尽可能大的 输出动态范围和避免非线性失真 2 静态工作点稳定的放大电路 图 4 2 15 a 所示就是稳定静态工作点的共发射极放大电路 这是由和组成 1B R 2B R 的分压式偏置电路 故称为分压式偏置放大电路 这种电路可以根据温度的变化自动 调节基极电流 以削弱温度对集电极电流的影响 使静态工作点基本稳定 B I C I 适当选择和 满足 I2 IB 图 4 2 15 a 所示电路的直流 1B R 2B R 221 IIII B 通路 如图 4 2 15 b 所示 则三极管基极电位的静态值为 CC BB B B U RR R U 21 2 由和对 UCC分压决定 而与温度基本无关 B U 1B R 2B R a 放大电路 b 直流通路 图 4 2 15 分压式偏置放大电路 此时 EEBEBBE RIUUUU 若使 BEB UU E B E BEB EC R U R UU II 也可认为不受温度影响 基本稳定 C I 因此 只要满足 I2 IB和两个条件 和或就与晶体管的参数几 BEB UU B U E I C I 乎无关 不受温度变化影响 从而静态工作点能得以基本稳定 当温度发生变化 比如温度升高时 和会增大 由于发射极电阻 RE的作用 C I E I 发射极电位 UE随之升高 但因基极电位 UB基本恒定 故发射结正向压降 UBE必然随 之减小 从而导致基极电流 IB减小 使 IC也减小 这就对集电极电流 IC随温度的升高 Rs us ui RL uo UCC RC C1 C2 V RB1 RB2 RE CE UCC RC V RB1 RB2 RE UB I1 I2 ICQ IBQ UE UCEQ UBEQ 温度 t IC IE UE IE RE UBE UB IE RE IB IC 12 而增大起了削弱作用 使 IC基本稳定 上述自动调节过程可表示为 调节过程显然与 RE有关 RE越大 调节效果越显著 但 RE的存在 同样会对变 化的交流信号产生影响 使电压放大倍数大大下降 若用电容 CE与 RE并联 对直流 静态值 无影响 但对交流信号而言 RE被短路 发射极相当于接地 便可消除 RE 对交流信号的影响 CE称为旁路电容 1 静态分析 用估算法计算静态工作点 当满足 I2 IB 图 4 2 15 b 所示电路 221 IIII B 的直流通路 则三极管基极电位的静态值为 CC BB B B U RR R U 21 2 集电极电流的静态值为 E B E BEB EC R U R UU II 基极电流的静态值为 集电极与发射极之间电压的静态值为 2 动态分析 图 4 2 16 和图 4 2 17 所示电路为图 4 2 15 a 所示分压式偏置放大电路的交流通路 和微变等效电路 因为在交流通路中电阻和并联 可等效为电阻 RB 所以固定 1B R 2B R 偏置电路的动态分析结果对分压式偏置电路同样适用 即有 图 4 2 16 分压式偏置电路的交流通路 图 4 2 17 分压式偏置电路的微变等效电路 电压放大倍数 输入电阻 be L r R Au C B I I ECCCCCE RRIUU beBBi rRRr 21 13 输出电阻 例 4 2 3 在图 4 2 15 所示的分压式偏置放大电路中 接 CE 已知 UCC 12V RB1 20k RB2 10k RC 3k RE 2k RL 3k 50 试估算静态工 作点 并求电压放大倍数 输入和输出电阻 解 1 用估算法计算静态工作点 A33mA 50 65 1 CQ BQ I I V75 3 23 65 1 12 ECCQCCCEQ RRIUU 2 求电压放大倍数 3 求输入电阻和输出电阻 4 2 5 射极输出器 射极输出器又叫射极跟随器 电路如图 4 2 18 a 所示 在电路结构上射极输出器 与共发射极放大电路不同 输出电压从发射极取出 而集电极直接接电源 UCC 对 0 u 交流信号而言 集电极相当于接地 因此这是一种共集电极放大电路 1 静态分析 射极跟随器的直流通路如图 4 2 18 b 基极电流的静态值为 a 射极输出器 b 射极输出器的直流通路 V412 1020 10 CC B2B1 B2 B U RR R U 68 1 1 33 33 50 k1 11100 65 1 26 501 300 26 1 300 be L EQ be r R A I r u k3 k 994 01 1 10 20 o beB2B1 C i Rr rRRr Rs us ui RL uo UCC C1 C2 V RB RE C Rr o EBBEBBEEBEBBCC 1 RIURIRIURIU EB BECC B 1 RR UU I mA65 1 2 7 04 E BEQB EQ R UU IICQ 14 图 4 2 18 射极输出器 集电极电流的静态值为 集电极与发射极之间电压的静态值为 2 动态分析 a 交流通路 b 微变等效电路 图 4 2 19 射极输出器的交流通路和微变等效电路 1 求电压放大倍数 式中 电压放大倍数为 LEL RRR 一般 因此近似等于 1 但总小于 1 也就是说输出电压近似 Lbe Rr 1 u A 0 u 等于输入电压 射极跟随器由此而得名 i u 2 求输入电阻 由图 4 2 19 b 可得 所以输入电阻为 远远大于共发射极放大电路的输入电阻 be r 3 求输出电阻 将图 4 2 19 b 电路中的信号源短接 断开负载电阻 RL 在输出端外加电压 S U U 产生电流 如图 4 2 20 所示可得 I B II C LbLo 1 RIRIU e LbeB b1 1 Rr U R U III ii i ECCCEECCCE RIURIUU Lbe Lo 1 1 Rr R U U A i u Lbbebobeb 1 RIrIUrIUi 1 LbeB RrR I U r i i i 15 所以输出电阻为 式中 通常 BSS RRR 1 Sbe E Rr R 所以 SbeSbe RrRr r 1 0 远远小于共发射极放大电路的输出电阻 RC 射极输出器的特点 1 电压放大倍数小于 1 但约等于 1 即电压跟随 2 输入电阻较高 3 输出电阻较低 射极输出器的用途 射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻 这是射极跟随器最突出的优 点 射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级 也可用于中间隔离级 用作输 入级时 其高的输入电阻可以减轻信号源的负担 提高放大器的输入电压 用作输出 级时 其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响 并易于与低阻负载相匹 配 向负载传送尽可能大的功率 例 4 2 4 图 4 2 18 a 所示电路 已知 UCC 12V RB 200k RE 2k RL 3k RS 100 50 试估算静态工作点 并 求电压放大倍数 输入和输出电阻 解 1 用估算法计算静态工作点 Ebebe bb R U Rr U Rr U IIII ss e V 26 8 287 1 12 mA 87 1 0374 0 50 A37 4mA 0374 0 2 501 200 7 012 1 ECQCCCEQ BQCQ EB BEQCC BQ RIUU II RR UU I 1 be Eo s Rr R I U r 图 4 2 20 输出电阻的等效电路图 16 2 求电压放大倍数 输入电阻 ri和输出电阻 ro u A k I r1 1009 87 1 26 501 300 26 1 300 EQ be 98 0 2 1 501 1 2 1 501 1 1 Lbe Lo Rr R U U A i u 式中 2 13 2 LEL kRRR kRrRri 4 47 2 1 501 1 200 1 LbeB 22 50 1001000 be o s Rr r 式中 100100 10200 3 sBs RRR 巩固练习 习习 题题 四四 4 1 在图 4 1 所示各电路中 已知电压 Ui 3V R 1k 二极管的导通电压为 0 7V 求 U0 图 4 1 习题 4 1 的图 4 2 在图 4 2 所示各电路中 ui 10sin t V 二极管视为理想二极管 试分别画出 各电路的输入 输出电压的波形 图 4 2 习题 4 2 的图 4 3 在图 4 3 所示电路中 试求下列几种情况下输出端 F 的电位 UF及各元件 17 R VDA VDB 中的电流 二极管视为理想二极管 1 UA UB 0 2 UA 3V UB 0V 3 UA UB 3V 图 4 3 习题 4 3 的图 图 4 4 习题 4 4 的图 4 4 在图 4 4 所示电路中 试求下列几种情况下输出端 F 的电位 UF及各元件 R VDA VDB 中的电流 二极管视为理想二极管 1 UA UB 0 2 UA 3V UB 0V 3 UA UB 3V 4 5 在图 4 5 所示电路中 已知 E 20V R1 900 R2 1100 稳压管 VDz 的稳 定电压 Uz 10V 最大稳定电流 IZM 8mA 试求稳压管中通过的电流 Iz 是否超过 IZM 图 4 5 习题 4 5 的图 4 6 测得工作在放大电路中几个晶体三极管三个电极电位 U1 U2 U3分为下列各 组数值 判断它们是 NPN 型还是 PNP 型 是硅管还是锗管 并确定 3 个电极 1 U1 3 5V U2 2 8V U3 12V 2 U1 3V U2 2 8V U3 12V 3 U1 6V U2 11 3V U3 12V 4 U1 6V U2 11 8V U3 12V 4 7 有一三级管的 PCM 100mW ICM 20mA U BR CEO 15V 试问在下列几种情况 下 哪种为正常工作状态 1 UCE 3V Ic 10mA 2 UCE 2V Ic 40mA 3 UCE 8V Ic 18mA 4 8 在图所示电路中 Ucc 12V RB 240k Rc 3K 三级管的 40 1 试用直流通路估算静态值 IB Ic UCE 2 三级管的输出特性曲线如图 4 7 b 所示 用图解法确定电路的静态工作点 3 在静态时 C1和 C2上的电压各为多少 并标出极性 18 图 4 6 习题 4 8 的图 4 9 在上题中 若改变 RB 使 UCE 3V 则 RB应为多大 若改变 RB 使 IC 1 5mA 则 RB又为多大 并分别求出两种情况下电路的静态工作点 4 10 在图 4 6 a 所示电路中 已知 UCC 10V 三级管的 40 若要使 UCE 5V IC 2mA 试确定 RC RB的值 4 11 画出图 4 7 所示电路的直流通路 交流通路及微变等效电路 图中各电路的 容抗均可忽略不计 若已知 UCC 12V RB RB1 RB2 120k Rc 3K 三级管的 40 求出各电路的静态工作点 图 4 7 习题 4 11 的图 4 12 在图 4 8 所示电路中 UCC 12V RB 240k RC 3k 三级管的 50 试分别计算 空载及接上负载 RL 3k 两种情况下电路的电压放大倍数 图 4 8 习题 4 12 的图 4 13 在图 4 9 所示电路中 Ucc 12V RB1 60k RB2 20k Rc 3k RE 3 k RS 1k RL 3k 三极管的 50 UBE 0 6V 1 求静态值 IB Ic UCE 19 2 画出微变等效电路 3 求输入电阻 ri和输出电阻 r0 4 求电压放大倍数和源电压放大倍数 u A us A 图 4 9 习题 4 13 的图 4 14 在图 4 10 所示电路中 Ucc 12V RB1 120k RB2 40k Rc 3k RE1 200 RE2 1 8k RS 100 RL 3k 三极管的 100 UBE 0 6V 1 求静态值 IB Ic UCE 2 画出微变等效电路 3 求输入电阻 ri和输出电阻 r0 图 4 10 习题 4 14 的图 4 求电压放大倍数和源电压放大倍数 u A us A 4 15 在图 4 11 所示电路中 已知 UCC 12V RB 280k RE 2k RL 3k 晶体管 100 1 求静态值 IB Ic UCE 2 画出微变等效电路 3 求输入电阻 ri和输出电阻 r0 4 求电压放大倍数 图 4 11 习题 4 15 的图 u A 4 16 在图 4 12 所示电路中 已知 UCC 12V RB 360k Rc 3k RE 2k RL 3k 晶体管 60 1 求静态值 IB Ic UCE 2 画出微变等效电路 3 求输入电阻 ri和输出电阻 r0 4 求电压放大倍数 图 4 12 习题 4 16 的图 u A 自测题四自测题四 1 N 半导体中的多数载流子是 A 电子 B 空穴 C 正离子 D 负离子 2 在半导体二极管两端加适当的正向电压 空间电荷区的宽度将 20 A 变宽 B 变窄 C 不变 D 无法确定 3 用万用表的欧姆档测量小功率二极管的极性与好坏时 应把欧姆挡拨到 A R 100或 R 1K B R 1 C R 10 D R 10K 4 二极管两端加上正向电压时 A 立即导通 B 超过击穿电压就导通 C 超过饱和电压就导通 D 超过死区电压就导通 5 硅晶体二极管的正极电位是 10V 负极电位是 10 2V 则该二极管的工作状态是 A 截止 B 导通 C 无法确定 D 饱和 6 在图 1 a 所示的电路中 已知 E 5V 忽略二极管的正向压降 则 u0的tVui sin10 波形是图 1 b 中的 A A B B C C D 均不是 图 1 题 6 的图 7 图 2 所示电路的二极管是理想器件 AO 两端的电压为 AO U A 4V B 10V C 4V D 10V 图 2 题 7 的图 图 3 题 8 的图 8 在图 3 所示的电路中 已知电源电动势 E 20V 稳压管 VDZ1和 VDZ2的稳定电压分别 为 U Z1 5V U Z2 10V 电压 Uo 的值为 A 5V B 10V C 15V D 20V 21 9 一般三极管有 A 两个电极 两个 PN 结 B 三个电极 三个 PN 结 C 四个电极 两个 PN 结 D 三个电极 两个 PN 结 10 某晶体三极管的管压降 UCE保持不变 基极电流 IB 30 微安 IC 1 2 毫安 则发 射极电流 IE为 A 1 23mA B 1 5mA C 1 17mA D 1 203mA 11 晶体三极管要处于饱和状态必须满足 A 发射结 集电结均正偏 B 发射结 集电结均反偏 C 发射结正偏 集电结反偏 D 发射结反偏 集电结正偏 12 晶体三极管要处于截止状态必须满足 A 发射结 集电结均正偏 B 发射结 集电结均反偏 C 发射结正偏 集电结反偏 D 发射结反偏 集电结正偏 13 晶体三极管要处于放大状态必须满足 A 发射结 集电结均正偏 B 发射结 集电结均反偏 C 发射结正偏 集电结反偏 D 发射结反偏 集电结正偏 14 放大电路设置静态工作点的目的是 A 提高放大能力 B 避免非线性失真 C 获得合适的输入电阻和输出电阻 D 使放大器工作稳定 15 温度升高导致三极管参数发生什么变化 A ICBO UBE都增大 B ICBO UBE都减小 C ICBO和 增大 UBE减小 D ICBO减小 和 UBE增大 16 温度每升高 1 三极管的 将增大 A 0 5 2 0 B 0 5 0 6 C 1 2 D 0 05 0 5 17 温度每增加多少度三极管的 ICBO就增大 1 倍 A 1 B 5 C 10 D 15 18 称为射极跟随器是由什么组成 A 共集放大电路 B 共射放大电路 C 共基放大电路 D 共源极放大电 路 19 放大电路放大的实质就是 A 用输入信号控制输出信号 B 直接将输入信号的能量增大 22 C 输出信号控制输入信号 D 直接将输出信号的能量增大 20 共发射极接法放大器是 A 输入 IB 输出 IE B 输入 IB 输出 IC C 输入 IE 输出 IC D 输入 IE 输出 IE 21 增大 UCE的动态范围使工作点 Q 下降是解决哪个问题的办法 A 截止失真 B 饱和失真 C 交越失真 D 零点漂移 22 采用哪种放大电路具有倒相作用 A 共集电极 B 共发射极 C 共基极 D 共栅极 23 NPN 型半导体三极管的图形符号是 A B C D 24 NPN 型三极管处于放大状态时 各极电位关系是 A B C D EBC UUU EBC UUU BEC UUU BCE UUU 25 在三极管的输出特性中 时的是0 B I C I A B C D CM I CBO I CEO I CQ I 26 三极管极间电流满足关系时 三极管肯定工作在 CB II A 饱和区 B 截止区 C 放大区 D 无法确定 27 在放大电路中 测得某三极管的三个电极的电位分别为 2 5V 3 2V 9V 则与 之对应的三个电极分别是 A E B C B E C B C B C E D C B E 28 负载电阻减小时 放大电路的电压放大倍数 A 增大 B 下降 C 不变 D 无法确定 29 某三极管的发射极电流 IE 3 2mA 基极电流 IB 40 A 则集极电流 IC为 A 3 24mA B 3 16mA C 2 84mA D 3 28mA 30 测得某晶体管 3 个电极之间的电压分别为 Ube 0 2V Uce 5V Ubc 4 8V 则此晶体 管的类型为 A PNP 锗管 B NPN 锗管 C PNP 硅管 D NPN 硅管 23 31 在图 4 所示的电路中 已知 UCC 12V RC 3K IC 2mA 晶体管的 50 为了 使晶体管工作在放大状态 应将 RB调至 A 10K B 100K C 300K D 200K 图 4 题 31 的图 图 5 题 32 的图 32 在图 5 所示的电路中 晶体管工作在区为 A 放大 B 饱和 C 截止 D 无法确定 33 下列元件的插装顺序是 A 晶体管 小功率电阻 短接线 变压器 B 小功率电阻 短接线 晶体管 变压器 C 晶体管 短接线 变压器 小功率电阻 D 短接线 小功率电阻 晶体管 变压器 34 共发射极放大电路如图 6 所示 现在处于饱和状态 欲恢复放大状态 通常采用 的方法是 图 6 题 34 的图 A 增大 RB B 减小 RB C 减小 RC D 改变 UCC 实践项目实践项目 项目项目 6晶体管共射极单管放大电路 一 学习任务 最终目标 掌握放大电路静态工作点调试方法 分析静态工作点对放大电路性能 的影响 会测量放大电路输入 输出电阻 电压放大倍数及最大不失真输出电压 促成目标 三极管的测量 熟悉各种电子仪器的使用 二 相关知识 图 1 为分压式偏置单管放大器实验电路图 它的偏置电路采用 RB1和 RB2组成的分 RB RC UCC 24 压电路 并在发射极中接有电阻 RE 以稳定放大器的静态工作点 当在放大器的输入 端 B 点加入输入信号 ui后 在放大器的输出端便可得到一个与 ui相位相反 幅值被放 大了的输出信号 u0 从而实现了电压放大 只有测量放大器输入电阻时 才可以从 A 点加入输入信号 图 1 共射极单管放大器实验电路 在图 1 电路中 当流过偏置电阻 RB1和 RB2的电流远大于晶体管 T 的基极电流 IB 时 一般 5 10 倍 则它的静态工作点可用下式估算 CC BB B B U RR R U 21 2 E E E BEB E R U R UU I ECCCCCE RRIUU 电压放大倍数k4 2 0 C be LC i u R RR U U A 其中 mA mv 26 1 300 E be I r 输入电阻 beBBi rRRr 21 输出电阻 C Rr 0 1 静态工作点的测试 1 静态工作点的测量 放大电路的静态工作点是指在放大电路输入端不加输入信号 Ui时 在电源电压 UCC作用下 三极管的基极电流 IB 集电极电流 IC以及集电极与发射极之间的电压 UCE等 测量静态工作点时 应使放大电路输入信号 Ui 0 即将信号源输出旋钮旋至 零 通常需将放大电路输入端与地短接 然后测出 IC 或测出 RE两端电压 间接计 25 算出 IC来 IB IC UBE UCE用数字式直流电压表进行测量 在测试中应注意 a 测量电压 UBE UCE时 为防止引入干扰 应采用先测量 B C E 对地的电位 后进行计算 即 UBE UB UE UCE UC UE b 为了测量 IB IC和 IE 为了方便起见 一般先直接测量出 UE后 再由计算得 到 E E EC R U II C B I I 总之 为了测量静态工作点只需用直流电压表测出 UC UB UE即可推算出 2 静态工作点的调试 放大电路的基本任务是在不失真的前提下 对输入信号进行放大 故设置放大电路 静态工作点的原则是 保证输出波形不失真并使放大电路具有较高的电压放大倍数 改变电路参数 UCC RC RB都将引起静态工作点的变化 通常以调节偏置电阻 RW 取得一合适的静态工作点 如图 1 中调节 RW RB1减小将引起 IC增加 使工作点偏高 放大电路容易产生饱和失真 如图 2 a 所示 U0负半周被削顶 当 RB1增加 则 IC减 小 使工作点偏低 放大电路容易产生截止失真 如图 2 b 所示 U0正半周被缩顶 适当调节 RB1可得到合适的静态工作点 图 2 2 电压放大倍数的测量 测量电压放大倍数的前提是放大电路输出波形不应失真 在测量时应同时观察输出 电压波形 在 U0不失真条件下分别测量输出电压 U0和输入电压 Ui的值 则 i u U U A 0 与电压放大倍数大小和静态工作点位置有关 因此在测量前应先调试好一定的静态工作 点 a 饱和失真 底部失真 b 截止失真 顶部失真 c 不失 真 26 3 最大不失真输出电压的测量 为了在动态时获得最大不失真输出电压 静态工作点应尽可能选在交流负载线中点 因此在上述调试静态工作点的基础上 应尽量加大 Ui 同时适当调节偏置电阻 RB1 RW 若加大 Ui先出现饱和失真 说明静态工作点太高 应将 RB1增大 使 IC小 下来 即静态工作点低下来 若加大 Ui时先出现截止失真 则说明静态工作点太低 应减小 RB1使 IC增大 直至当 Ui增大时截止失真和饱和失真几乎同时出现 此时的静 态工作点即在交流负载线中点 这时 再慢慢减小 Ui 当刚刚出现输出电压不失真时 此时的输出电压即为最大不失真输出 三 项目设备及所用组件箱 名 称数 量备 注 模拟 模数综合 电子技术实验箱 1 数字式直流电压 电流表 1 函数发生器及数字频率计 1 电子管毫伏表1 双踪电子示波器1 四 预习与思考 1 复习教材中有关晶体管单管放大部分的内容 2 根据电路参数估算 ri r0 取 IC 2mA 100 u A 3 在测试放大器的各项参数时 为什么要用示波器监视输出波形不失真 4 如何判断放大器的截止和饱和失真 如何调整静态工作点 五 项目实施 组织形式 5 人为一小组 推选一位组长 1 测量三极管 1 先判别基极和管型 将万用表欧姆档置 R 1k 或 R 100 处 先假设晶体管某极为基极 并将黑表笔 接在假设的基极上 再将红表笔先后接到其余两个电极上 如果两次测得电阻值都很 大 或者都很小 约为几千欧至十几千欧 或约为几百欧至几千欧 而对换表笔后 测得的两个电阻值都很小 或很大 则可确定假设基极是正确 如果两次得到电阻值 是一大一小 则可肯定原假设的基极是错误的 这时就必须重新假设另一电极为 基极 再重复上述的测试 最多重复两次就可找到真正的基极 当基极确定以后 将黑表笔接基极 红表笔分别接其他两极 此时 若测得的电 27 阻值很小 则该三极管为 NPN 型管 反之 则为 PNP 型 2 集电极和发射极判别 以 NPN 型管为例 把黑表笔接到假设的集电极 C 上 红表笔接到假设发射极 E 上 并且用手捏住 B 和 C 极 通过人体 相当于在 B 和 C 之间接入偏置电阻 读出表头所 示 C E 间的电阻值 然后将红 黑表笔反接重测 若第一次电阻值比第二次小 说明 原假设成立 黑表笔所接为三极管集电极 C 红表笔所接为三极管发射极 E 因为 C E 间的电阻值小正说明通过万用表的电流大 偏置正常 3 三极管的简易测量 把万用表电阻档调在 R 100 档或 R 1k 档 调零 判别三极管的好坏 两个表棒对三极管的三个管脚进行排列组合的六次测量 应该四次导通 两次截止 找出基极 在六次测量中 如果正反两次测量都截止 剩余的那个管脚为基极 判别管型 黑表笔接到基极 红表笔接到其他管脚 如果导通为 NPN 型管 截 止为 PNP 型管 集电极和发射极判别 NPN 型管 对除基极以外的两个管脚进行正反两次测量 在测量中基极和黑表笔 之间加人体电阻 万用表指针偏转大的那个测量中 黑表笔所接为三极管集电极 C 红表笔所接为三极管发射极 E PNP 型管 对除基极以外的两个管脚进行正反两次测量 在测量中基极和红表笔 之间